Low-loss optical elements for a loophole-free bell test

Abstract

Zusammenfassung In dieser Arbeit sind die Beitr-age des Autors zu einem geplanten Experiment zusammengefasst, welches darauf abzielt, eine Bellsche Ungleichung zu testen und dabei gleichzeitig drei ,,loopholes" zu schließen: Freedom of- choice, fair-sampling und Lokalität. Eine spezielle Ungleichung, die zu diesem Zweck verwendet wird ist die Eberhard Ungleichung, welche im ersten Teil der Arbeit behandelt wird. Eine Quelle für polarisationsverschränkte Photonen wurde an die speziellen Anforderungen angepasst, welche durch raumzeitliche Trennung der beiden Messungen entstehen. Die Quelle wurde gepulst betrieben und die sich daraus ergebenden Schwierigkeiten bezüglich Kopplungseffizienz und Polarisationskontrast wurden behandelt. Eine Automatisierung wurde erstellt, welche die Genauigkeit der Einstellung bestimmter verschränkter Zustände verbesserte und zeiteffizenter gestaltete. Im Anschluss werden Messungen über die zeitliche Stabilität und die Fluoreszenz in der Quelle präsentiert. Zwei schnell schaltbare Messmodule wurden aufgebaut und bezüglich optischer Verluste optimiert. Dies ist entscheidend, um das fair-sampling loophole zu schließen. Im Zuge dessen wurde die Modenstruktur von Few- Mode Glasfasern untersucht und deren Auswirkungen auf effiziente Kopplungstechniken. Die optische Transmission der Messmodule wird gezeigt.

The author's contributions to a planned Bell test, which aims to simultaneously close the loopholes freedom-of-choice, fair-sampling and locality are presented. A special type of Bell inequality, the Eberhard inequality is discussed in the first part of this thesis. An existing source of polarization entangled photons was adapted to the specific requirements of an experiment ensuring space-like separation of the source and the measurement settings. In particular, the source was operated in pulsed mode and difficulties in terms of coupling and visibility were addressed. An automation was set up, which improved speed and accuracy of the selection of the produced entangled state. Measurements addressing stability issues and fluorescence are presented. Two fast switchable polarization measurement modules were set up and optimized for low optical loss, which is crucial for closing the fair-sampling loophole. This involved a treatment of the mode structure of few-mode fibers and its implications for efficient fiber coupling. The capability of the modules of achieving a high optical transmission is demonstrated.